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牛頓是誰?牛頓的個人資料及簡介

 牛頓

牛頓的全名是艾薩克•牛頓,是17-18世紀(jì)時期英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、爵士、國會議員、皇家學(xué)會會長等。1687年出版的巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》,開辟了大科學(xué)時代。牛頓是大批基督徒科學(xué)家中最杰出的代表,用科學(xué)研究見證上帝的偉大,引導(dǎo)人們歸向真理,是人類歷史上最偉大、最具有影響力的科學(xué)家,被譽為“近代科學(xué)的集大成者”、“科學(xué)史上最有影響力的人”。他發(fā)現(xiàn)的運動三定律和萬有引力定律,為近代物理學(xué)和力學(xué)奠定了基礎(chǔ),他的萬有引力定律和哥白尼的日心說奠定了現(xiàn)代天文學(xué)的理論基礎(chǔ),使得自然科學(xué)的研究最終掙脫了宗教的枷鎖。直到今天,人造地球衛(wèi)星、火箭、宇宙飛船的發(fā)射升空和運行軌道的計算,都仍以他的定律作為理論根據(jù)。

牛頓簡歷

牛頓(1643(格里歷)年14日—1727321日)爵士,是一位英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、自然哲學(xué)家、煉金術(shù)士和反對三位一體的不信耶穌否定救贖論和原罪的基督徒,英國皇家學(xué)會會員,連續(xù)24年擔(dān)任英國皇家學(xué)會會長。著有《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》、《光學(xué)》、《二項式定理》和《微積分》。

他在1688年發(fā)表的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里,對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些理論奠定了此后三個世紀(jì)里物理世界的科學(xué)觀點,并成為現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。他通過論證開普勒行星運動定律與他的引力理論間的一致性,展示了地面物體與天體的運動都遵循著相同的自然定律;從而消除了對太陽中心說的最后一絲疑慮,并推動了科學(xué)革命。

在力學(xué)上,牛頓闡明了角動量守恒的原理。在光學(xué)上,他發(fā)明了反射式望遠鏡,并基于對三棱鏡將白光發(fā)散成可見光譜的觀察,發(fā)展出了顏色理論。他還系統(tǒng)地表述了冷卻定律,并研究了音速。在數(shù)學(xué)上,牛頓與戈特弗里德•萊布尼茨分享了發(fā)展出微積分學(xué)的榮譽。他也證明了廣義二項式定理,提出了“牛頓法”以趨近函數(shù)的零點,并為冪級數(shù)的研究作出了貢獻。在2005年,英國皇家學(xué)會進行了一場“誰是科學(xué)史上最有影響力的人”的民意調(diào)查,牛頓被認(rèn)為比阿爾伯特•愛因斯坦更具影響力。對牛頓的毛發(fā)進行基因分析,認(rèn)為牛頓是艾斯伯格癥候群攜帶者,有XQ28基因的表現(xiàn),這更增添了牛頓的神秘感,但并未影響到他巨人的形象。

牛頓早年生活

164314日(按照現(xiàn)行公歷),艾薩克•牛頓出生于英國英格蘭東密德蘭林肯郡南凱斯蒂文埃爾斯索普的埃爾斯索普莊園。牛頓出生前三個月,他同樣名為艾薩克的父親才剛?cè)ナ。由于早產(chǎn)的緣故,新生的牛頓十分瘦;據(jù)傳聞,他的母親漢娜•艾斯庫曾說過,牛頓剛出生時小得可以把他裝進一夸脫的馬克杯中。當(dāng)牛頓3歲時,他的母親改嫁并住進了新丈夫巴納巴斯•史密斯牧師位于北威特姆的家,而把牛頓托付給了他的外祖母瑪杰里•艾斯庫。年幼的牛頓不喜歡他的繼父,并因母親嫁給他的事而對母親持有一些敵意,牛頓甚至曾經(jīng)寫下:“威脅我的繼父與生母,要把他們連同房子一齊燒掉。”

據(jù)《大數(shù)學(xué)家》和《數(shù)學(xué)史介紹》兩書記載:“牛頓在鄉(xiāng)村學(xué)校開始學(xué)校教育的生活,后來被送到了格蘭瑟姆的國王中學(xué),并成為了該校最出色的學(xué)生。在國王中學(xué)時,他寄宿在當(dāng)?shù)氐乃巹⿴熗?bull;克拉克家中,并在19歲前往劍橋大學(xué)求學(xué)前,與藥劑師的繼女安妮•斯托勒訂婚。之后因為牛頓專注于他的研究而使得愛情冷卻,斯托勒小姐嫁給了別人。據(jù)說牛頓對這次的戀情保有一段美好的回憶,但此后便再也沒有其他的羅曼史,牛頓也終生未娶。”

不過據(jù)和牛頓同時代的友人威廉•斯蒂克利所著的《艾薩克•牛頓爵士生平回憶錄》一書的描述,斯蒂克利在牛頓死后曾訪問過文森特夫人,也就是當(dāng)年牛頓的戀人斯托勒小姐。文森特夫人的名字叫做凱瑟琳,而不是安妮,安妮是她的妹妹,而且夫人僅表示牛頓當(dāng)年寄宿時對她只不過是“懷有情愫”的程度而已。

12歲左右到17歲,牛頓都在國王中學(xué)學(xué)習(xí),在該校圖書館的窗臺上還可以看見他當(dāng)年的簽名。他曾從學(xué)校退學(xué),并在165910月回到埃爾斯索普,因為他再度守寡的母親想讓牛頓當(dāng)一名農(nóng)夫。牛頓雖然順從了母親的意思,但據(jù)牛頓的同儕后來的敘述,耕作工作讓牛頓相當(dāng)不快樂。所幸國王中學(xué)的校長亨利•斯托克斯說服了牛頓的母親,牛頓又被送回了學(xué)校以完成他的學(xué)業(yè)。他在18歲時完成了中學(xué)的學(xué)業(yè),并得到了一份完美的畢業(yè)報告。牛頓的學(xué)業(yè)成績?nèi)绱藘?yōu)秀,部分原因是為了挑戰(zhàn)和報復(fù)一個學(xué)校惡霸。劍橋心理學(xué)家西蒙•拜昂-柯恩認(rèn)為,牛頓很可能患有亞斯伯格綜合癥。

16616月,他進入了劍橋大學(xué)的三一學(xué)院。在那時,該學(xué)院的教學(xué)基于亞里士多德的學(xué)說,但牛頓更喜歡閱讀一些勒奈•笛卡兒等現(xiàn)代哲學(xué)家以及伽利略•伽利萊、尼古拉•哥白尼和約翰內(nèi)斯•開普勒等天文學(xué)家更先進的思想。1665年,他發(fā)現(xiàn)了廣義二項式定理,并開始發(fā)展一套新的數(shù)學(xué)理論,也就是后來為世人所熟知的微積分學(xué)。在1665年,牛頓獲得了學(xué)位,而大學(xué)為了預(yù)防倫敦大瘟疫而關(guān)閉了。在此后兩年里,牛頓在家中繼續(xù)研究微積分學(xué)、光學(xué)和萬有引力定律。

1667年,牛頓作為一名領(lǐng)取獎學(xué)金的研究生重返劍橋大學(xué)三一學(xué)院。 按照當(dāng)時的規(guī)定,只有被正式任命的牧師才有資格成為劍橋大學(xué)三一學(xué)院的研究生,由于持有非正統(tǒng)的宗教觀點,牛頓不愿意成為牧師。幸運的是,牧師職位的任命沒有最后期限,因此牛頓先獲得了研究生的名額,而牧師職位的任命被無限期地延后了。但是等后來牛頓被任命為盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位時問題就來了,如此重要的職位不可能回避牧師職位任命這一條件。然而,牛頓獲得了查理二世的許可,還是繞開了這一限制(參見“中年生活”)。

牛頓中年生活

數(shù)學(xué)成就

大多數(shù)現(xiàn)代歷史學(xué)家都相信,牛頓與萊布尼茨獨立發(fā)展出了微積分學(xué),并為之創(chuàng)造了各自獨特的符號。根據(jù)牛頓周圍的人所述,牛頓要比萊布尼茨早幾年得出他的方法,但在1693年以前他幾乎沒有發(fā)表任何內(nèi)容,并直至1704年他才給出了其完整的敘述。其間,萊布尼茨已在1684年發(fā)表了他的方法的完整敘述。此外,萊布尼茨的符號“微分法”被歐洲大陸全面地采用,在大約1820年以后,英國最終采用了該方法,而之前英國出于各種原因是僅有使用牛頓的微積分體系的國家。萊布尼茨的筆記本記錄了他的思想從初期到成熟的發(fā)展過程,而在牛頓已知的記錄中只發(fā)現(xiàn)了他最終的結(jié)果。牛頓聲稱他一直不愿公布他的微積分學(xué),是因為他怕被人們嘲笑。牛頓與瑞士數(shù)學(xué)家尼古拉•法蒂奧•丟勒的聯(lián)系十分密切,后者一開始便被牛頓的引力定律所吸引。1691年,丟勒打算編寫一個新版本的牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》,但從未完成它。在1694年這兩個人之間的關(guān)系冷卻了下來。在那個時候,丟勒還與萊布尼茨交換了幾封信件。

1699年初,皇家學(xué)會(牛頓也是其中的一員)的其他成員們指控萊布尼茨剽竊了牛頓的成果,爭論在1711年全面爆發(fā)了。牛頓所在的英國皇家學(xué)會宣布,一項調(diào)查表明了牛頓才是真正的發(fā)現(xiàn)者,而萊布尼茨被斥為騙子。但在后來,發(fā)現(xiàn)該調(diào)查評論萊布尼茨的結(jié)語是由牛頓本人書寫,因此該調(diào)查遭到了質(zhì)疑。這導(dǎo)致了激烈的牛頓與萊布尼茨的微積分學(xué)論戰(zhàn),并破壞了牛頓與萊布尼茨的生活,直到后者在1716年逝世。

牛頓的一項被廣泛認(rèn)可的成就是廣義二項式定理,它適用于任何冪。他發(fā)現(xiàn)了牛頓恒等式、牛頓法,分類了立方面曲線(兩變量的三次多項式),為有限差理論作出了重大貢獻,并首次使用了分式指數(shù)和坐標(biāo)幾何學(xué)得到丟番圖方程的解。他用對數(shù)趨近了調(diào)和級數(shù)的部分和(這是歐拉求和公式的一個先驅(qū)),并首次有把握地使用冪級數(shù)和反轉(zhuǎn)冪級數(shù)。他還發(fā)現(xiàn)了π的一個新公式。

他在1669年被授予盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位。在那一天以前,劍橋或牛津的所有成員都是經(jīng)過任命的圣公會牧師。不過,盧卡斯教授之職的條件要求其持有者不得活躍于教堂(大概是如此可讓持有者把更多時間用于科學(xué)研究上)。牛頓認(rèn)為應(yīng)免除他擔(dān)任神職工作的條件,這需要查理二世的許可,后者接受了牛頓的意見。這樣避免了牛頓的宗教觀點與圣公會信仰之間的沖突。

光學(xué)成就

1670年到1672年,牛頓負(fù)責(zé)講授光學(xué)。在此期間,他研究了光的折射,表明棱鏡可以將白光發(fā)散為彩色光譜,而透鏡和第二個棱鏡可以將彩色光譜重組為白光。

他還通過分離出單色的光束,并將其照射到不同的物體上的實驗,發(fā)現(xiàn)了色光不會改變自身的性質(zhì)。牛頓還注意到,無論是反射、散射或發(fā)射,色光都會保持同樣的顏色。因此,我們觀察到的顏色是物體與特定有色光相合的結(jié)果,不是物體產(chǎn)生顏色的結(jié)果。

從這項工作中,他得出了如下結(jié)論:任何折射望遠鏡都會受到光散射成不同顏色的影響,并因此發(fā)明了反射望遠鏡(現(xiàn)稱作牛頓望遠鏡)來回避這個問題。他自己打磨鏡片,使用牛頓環(huán)來檢驗鏡片的光學(xué)品質(zhì),制造出了優(yōu)于折射望遠鏡的儀器,而這都主要歸功于其大直徑的鏡片。1671年,他在皇家學(xué)會上展示了自己的反射望遠鏡。皇家學(xué)會的興趣鼓勵了牛頓發(fā)表他關(guān)于色彩的筆記,這在后來擴大為《光學(xué)》一書。但當(dāng)羅伯特•胡克批評了牛頓的某些觀點后,牛頓對其很不滿并退出了辯論會。兩人自此以后成為了敵人,這一直持續(xù)到胡克去世。

牛頓認(rèn)為光是由粒子或微粒組成的,并會因加速通過光密介質(zhì)而折射,但他也不得不將它們與波聯(lián)系起來,以解釋光的衍射現(xiàn)象。而其后世的物理學(xué)家們則更加偏愛以純粹的光波來解釋衍射現(xiàn)象,F(xiàn)代的量子力學(xué)、光子以及波粒二象性的思想與牛頓對光的理解只有很小的相同點。

1675年的著作《解釋光屬性的假說》(An Hypothesis explaining the Properties of Light)中,牛頓假定了以太的存在,認(rèn)為粒子間力的傳遞是透過以太進行的。不過牛頓在與神智學(xué)家亨利•莫爾接觸后重新燃起了對煉金術(shù)的興趣,并改用源于赫密斯神智學(xué)中粒子相吸互斥思想的神秘力量來解釋,替換了先前假設(shè)以太存在的看法。擁有許多牛頓煉金術(shù)著作的經(jīng)濟學(xué)大師約翰•梅納德•凱恩斯曾說:“牛頓不是理性時代的第一人,他是最后的一位煉金術(shù)士。”但牛頓對煉金術(shù)的興趣卻與他對科學(xué)的貢獻息息相關(guān)[11],而且在那個時代煉金術(shù)與科學(xué)也還沒有明確的區(qū)別。如果他沒有依靠神秘學(xué)思想來解釋穿過真空的超距作用,他可能也不會發(fā)展出他的引力理論。

1704年,牛頓著成《光學(xué)》,其中他詳述了光的粒子理論。他認(rèn)為光是由非常微小的微粒組成的,而普通物質(zhì)是由較粗微粒組成,并推測如果通過某種煉金術(shù)的轉(zhuǎn)化“難道物質(zhì)和光不能互相轉(zhuǎn)變嗎?物質(zhì)不可能由進入其結(jié)構(gòu)中的光粒子得到主要的動力(Activity)嗎?牛頓還使用玻璃球制造了原始形式的摩擦靜電發(fā)電機。

力學(xué)和引力

1679年,牛頓重新回到力學(xué)的研究中:引力及其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學(xué)上的討論。他將自己的成果歸結(jié)在《物體在軌道中之運動》(1684)一書中,該書中包含有初步的、后來在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中形成的運動定律。

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(現(xiàn)常簡稱作《原理》)在埃德蒙•哈雷的鼓勵和支持下于168775日出版。該書中牛頓闡述了其后兩百年間都被視作真理的三大運動定律。牛頓使用拉丁單詞“gravitas”(沉重)來為現(xiàn)今的引力命名,并定義了萬有引力定律。在這本書中,他還基于波義耳定律提出了首個分析測定空氣中音速的方法。

由于《原理》的成就,牛頓得到了國際性的認(rèn)可,并為他贏得了一大群支持者:牛頓與其中的瑞士數(shù)學(xué)家尼古拉•法蒂奧•丟勒建立了非常親密的關(guān)系,直到1693年他們的友破裂。

牛頓晚年生活

牛頓在1690年代寫了很多處理圣經(jīng)的文字解釋的宗教小冊子。亨利•摩爾的宇宙信仰和拒絕笛卡兒二元論影響了牛頓的宗教觀念。在他發(fā)給約翰•洛克的一個從未發(fā)表的手稿中,他爭議了三位一體的存在性。

國會議員

牛頓在1689年到1690年和1701年還是皇家學(xué)會的成員,但是他唯一有記錄的議案是抱怨議會廳的寒冷氣流并要求關(guān)閉窗戶。

皇家鑄幣廠主管

1696年,牛頓通過了當(dāng)時的財政大臣查爾斯•孟塔古的提攜遷到了倫敦作皇家鑄幣廠的監(jiān)管,一直到去世。他主持了英國最大的貨幣重鑄工作,此職位一般都是閑職,但牛頓卻非常認(rèn)真的對待。身為皇家鑄幣廠的主管官員,牛頓估計大約有20%的硬幣是偽造的。偽造貨幣在英國是大逆罪,會被處以車裂的極刑。為那些惡名昭著的罪犯定罪是非常困難的;不過事實證明牛頓做得很好。

他掩飾自己的身份而搜集了許多證據(jù),然后公布于酒吧和客棧里。英國法律保留了古老且麻煩的習(xí)慣,為的是讓起訴有一定的門檻,并將政府部門從司法中分離開來。牛頓為此當(dāng)上了太平紳士,并在16986月到1699年圣誕節(jié)間引導(dǎo)了對200名證人、告密者和嫌疑犯的交叉訊問。而最后牛頓得以勝訴,并在16992月執(zhí)行了10名罪犯的死刑。

也許牛頓最偉大的勝利是以國王法律代理人的身份與威廉•查洛納對質(zhì)。查洛納密謀策動一起假的天主教陰謀活動,然后檢舉那些不幸被他誘騙來的共謀者。在向國會請愿時,查洛納控告鑄幣廠有償?shù)貙⒐ぞ咛峁┙o造偽幣者,并請求國會允許他檢查鑄幣廠的生產(chǎn)過程以證明他的控告。他還請求國會采納他所謂的“無法偽造的造幣過程”及“打擊假幣的計劃”。此時,牛頓被激怒了,并開始著手調(diào)查,以查出查洛納做過事情。在調(diào)查中,牛頓發(fā)現(xiàn)查洛納參與了偽幣制造。他立刻起訴了查洛納,可是因為查洛納在高層有一些朋友,所以他被無罪釋放了,這讓牛頓感到不滿。在第二次起訴中,牛頓提供了確鑿的證據(jù),并成功地使查洛納被判處大逆罪。1699323日,查洛納在泰伯恩行刑場被車裂。

1701年,牛頓辭去盧卡斯數(shù)學(xué)教授后。在改革對低成色貨幣和偽幣的流通和懲罰上鍛煉了他的能力。牛頓在1717年通過安妮女王法案創(chuàng)立了在金幣和銀幣之間的聯(lián)系,非正式的把英鎊錢幣從銀本位轉(zhuǎn)移到了金本位;這在當(dāng)時是重大的改革,相當(dāng)程度的增加英格蘭的財富和穩(wěn)定。由于他在鑄幣廠的工作表現(xiàn),而不是由于他早年對科學(xué)的貢獻,1705年,安妮女王授予牛頓爵士身份。

皇家學(xué)會會長

牛頓是在1703年成為皇家學(xué)會會長的,同時也是法國科學(xué)院的院士。在他仍在皇家學(xué)會的位置上,由于過早的出版了已經(jīng)用在他的研究中的天文學(xué)家約翰•佛蘭斯蒂德的星圖,牛頓和其成為仇敵。

逝世

牛頓于1727331[儒略歷: 1726320]死于倫敦,被國葬于威斯敏斯特教堂,成為史上第一個獲得國葬的自然科學(xué)家。

在他死后,在牛頓身體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量水銀,可能是他研究煉金術(shù)所導(dǎo)致的。汞中毒可能解釋牛頓晚年的一些怪異行徑。

牛頓之墓位于西敏寺中殿,墓地上方聳立著一尊牛頓的雕像,其石像倚坐在一堆書籍上。身邊有兩位天使,還有一個巨大的地球造型以紀(jì)念他在科學(xué)上的功績。

英格蘭詩人亞歷山大•蒲柏為牛頓寫下了以下這段墓志銘:

“自然和自然律隱沒在黑暗中;

神說,讓牛頓去吧!萬物遂成光明。”

牛頓宗教觀點

雖然運動定律與萬有引力是牛頓最著名的發(fā)現(xiàn),他卻反對用它們來將宇宙解釋為一部純粹的機器,譬如一座大鐘。他說:“引力解釋了行星的運動,但卻不能解釋誰讓行星運動起來的。上帝統(tǒng)治萬物,知曉所有做過和能做的事。”

盡管擁有科學(xué)上的名望,牛頓在《圣經(jīng)》與早期教會父老上的研究也是值得注意的。牛頓寫作了一些圣經(jīng)批判的作品,最著名的就是《兩處著名圣經(jīng)訛誤的歷史變遷》。牛頓還擺放了一座與傳說日期公元3343日相符 的耶穌•基督受難像。他亦嘗試,但未成功地,去尋找《圣經(jīng)》中隱藏的消息(參看圣經(jīng)密碼)。

牛頓可能拒絕了教會的三位一體教義。在少數(shù)的觀點里,TC•普菲岑邁爾(T.C. Pfizenmaier)認(rèn)為他更像是持有東方東正教三位一體觀,而不是西方天主教、圣公會和大部分新教的觀點。[19] 在他的時代里,牛頓(與不少活躍于皇家學(xué)會和查理二世宮廷的人士一樣)被指是玫瑰十字會的會員。

在他的一生中,牛頓寫作了比自然科學(xué)更多的宗教學(xué)著述。他相信一個理性的主觀世界(immanent world),但他卻拒絕萊布尼茨和巴魯赫•斯賓諾莎深信的萬物有生論。因此,有序且動態(tài)的(ordered and dynamically informed)宇宙可以被理解,而且必須以主動的理性(active reason)去理解,但是這個完美且注定中的宇宙,必須有規(guī)律地運行。牛頓堅持認(rèn)為,由于不穩(wěn)定性的累積和緩慢增長,必須有神的不斷干預(yù)來改良宇宙這個系統(tǒng)。為此,萊布尼茨諷刺牛頓說:“神必須時不時地給他造的鐘上發(fā)條,否則這個鐘就會停擺?雌饋,他沒有能力讓這個鐘永遠運行。”

牛頓在宗教思想上的影響

牛頓與羅伯特•波義耳的機械論學(xué)說被理性主義作者提升成了泛神論和狂熱論的一個可行替代選項,并為東正教傳教士與宗教自由主義(Latitudinarian)一類的異見傳教士有保留地接受了。[21] 這樣,科學(xué)的清晰簡潔,使得無論是在迷信者還是無神論者中,均無人可以企及,亦無人可以駁斥之。而與之同時,英國自然神論者的第二波浪潮使用了牛頓的發(fā)現(xiàn)來論證“自然宗教”的可能性。

波義耳的機械論宇宙觀給出了不利于啟蒙時代前的“魔法思想”和基督教神秘元素存在基礎(chǔ)的抨擊。牛頓通過數(shù)學(xué)證明的方式完善了波義耳的思想,并且,也許更重要的一點是,它們的普及也是非常成功的。打比方說,如果原來的世界是干涉主義的上帝所統(tǒng)治之世界的話,那么牛頓就將它變成了用理性及普遍原理進行設(shè)計的上帝所創(chuàng)造之世界。這些原理讓每個人都能去獲取知識,讓每個人都能在此生此世積極地追求自身目標(biāo),并讓每個人都能用自身的理性力量來完善自我。

牛頓視上帝為造物者,因此認(rèn)為在面對著所有生物之宏偉時,祂的存在便是不容否認(rèn)的。 但他的上帝觀產(chǎn)生了無法預(yù)見的神學(xué)結(jié)果,如同萊布尼茨指出的那樣,上帝現(xiàn)在已經(jīng)完全地從世界事務(wù)中隱退了:對干涉的需要只會證明上帝作品中的一些瑕疵,而這對一個完美且全能的造物主來說是不可能的事。萊布尼茨的神正論(theodicy)將上帝與參與祂的創(chuàng)造物的行為中分離開,從而消除了上帝在“罪惡問題”中承擔(dān)的責(zé)任。于是,對世界的理解便降低到了個體原因的水平,而人類,如同奧多•馬夸德(Odo Marquard)所認(rèn)識的那樣,應(yīng)為修正和消滅罪惡承擔(dān)責(zé)任。[30]

從另一方面說,宗教自由主義和牛頓學(xué)說的思想對千禧年主義的產(chǎn)生具有深遠的影響。千禧年主義是一個相信機械論宇宙觀的宗教派別,但其在實際上與狂熱論和神秘論如出一轍。啟蒙運動為了消滅它而與之進行了艱苦的斗爭。

牛頓對世界末日的觀點

1704年的一本手稿中,牛頓描述了他試圖從《圣經(jīng)》中提取出科學(xué)的信息,據(jù)他估計,世界將不會在2060年前終結(jié)。在預(yù)言中他說道:“我提到的這點并沒有斷言終結(jié)的時間,而是為那些頻繁預(yù)測終結(jié)時間的空想者們輕率的臆說畫上句號,每當(dāng)他們的預(yù)言失敗時,便給神圣的預(yù)言帶來了恥辱。”

啟蒙運動的哲學(xué)家

啟蒙運動的哲學(xué)家們選擇了科學(xué)先驅(qū)的一小段歷史——主要是伽利略、波義耳和牛頓——作為他們將自然和自然法則的單獨概念應(yīng)用于當(dāng)時每處物理和社會領(lǐng)域的指南和保證。在此方面,歷史的啟示與建構(gòu)于其上的社會結(jié)構(gòu)不容廢棄。

牛頓基于自然和可理性認(rèn)知法則的宇宙觀,促成了啟蒙運動意識形態(tài)的萌芽。洛克和伏爾泰將自然法則的概念應(yīng)用于政治系統(tǒng)中,以提倡固有的權(quán)利;重農(nóng)主義者和亞當(dāng)•史密斯將心理學(xué)和利己主義的自然概念應(yīng)用于經(jīng)濟系統(tǒng)中;而社會學(xué)家則批評當(dāng)時的社會秩序,以試圖讓歷史融入進步的自然模型里。蒙博多和塞繆爾•克拉克則抵制牛頓的原理,但在后來為了使之與他們強烈的自然宗教觀點一致而合理化了它。

牛頓運動定律

著名的三大運動定律:

牛頓第一定律(亦稱慣性定律)指出,一個靜止?fàn)顟B(tài)的物體趨向于保持靜止?fàn)顟B(tài),而在勻速運動中的物體趨向于保持勻速狀態(tài),除非受到合外力的作用。

牛頓第二定律指出,作用于一個物體上的作用力 等于其動量 隨時間的變化率。在數(shù)學(xué)上,可寫成 。假定式中的質(zhì)量為常量,則可消去 的第一項。將加速度定義為,則可得出著名的等式 。這說明了一個物體的加速度與作用在物體上的合力成正比,與其質(zhì)量成反比。在米-千克-秒的度量衡系統(tǒng)下,質(zhì)量的單位為千克,加速度為米每二次方秒,力為牛頓(為紀(jì)念他而命名)。

牛頓第三定律指出,每個作用力都有一個等值反向的反作用力。兩個物體之間的作用力F和反作用力F´,沿同一直線,大小相等,方向相反,分別作用在兩個物體上.

牛頓的蘋果

“牛頓視蘋果落地

沉思里的驚鴻一現(xiàn)

道來:我不愿耗費心思向世人解釋

無論以何種先賢之信條抑或計算之結(jié)果

地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)

乃“引力”所致之普遍現(xiàn)象

此亦凡人所能理解之境

自亞當(dāng),自蘋果之墮”

一則著名的故事稱,牛頓在受到一顆從樹上掉落的蘋果啟發(fā)后,闡示出了他的萬有引力定律。漫畫作品更認(rèn)為,掉落的蘋果正好砸中了牛頓的腦門,它的碰撞讓他不知何故地明白了引力。約翰•康杜特,牛頓在皇家造幣廠時的助理及牛頓外甥女的丈夫,在他有關(guān)牛頓生活的著述中提到了這件事:

1666年,他再次離開了劍橋大學(xué),回到了住在林肯郡的母親身邊。當(dāng)他在一座花園中沉思散步時,他突然想到重力(它的作用讓一顆蘋果從樹上掉到地上)不會僅局限于地球周圍的有限距離里,而會延伸到比平常認(rèn)為的更遠的地方。他自言自語道,為什么不和月亮一樣高呢——如果這樣,一定會對她的運動產(chǎn)生影響——也許可以讓她保持在她的軌道上,于是他開始計算那樣的假設(shè)會產(chǎn)生怎樣的效果。

問題不在于引力是否存在,而在于它是否能從地球延伸到如此遠,還能夠成為保持月球在軌道運行的力。牛頓發(fā)現(xiàn),如果讓該力隨距離的平方反比而減少,所計算出的月球軌道周期能與真實情況非常好地吻合。他猜想同樣的力也導(dǎo)致了其他的軌道運動,并因此將之命名為“萬有引力”。

同時代的作家威廉•斯蒂克利牧師在他的《艾薩克•牛頓爵士生平回憶錄》中記錄了1726415日他在肯辛頓與牛頓的一次談話,在該次談話中,牛頓回憶了“從前,引力的概念進入了他的腦海。在他正在沉思時,蘋果的下落引起了他的思考。為什么蘋果總會垂直地落在地上,他心中想到。為什么就不能走側(cè)面或者向上升,卻永遠地朝向地球的中心。”相似的說法還出現(xiàn)在伏爾泰的著述《Essay on Epic Poetry》(1727)中:“艾薩克•牛頓爵士在他的花園里散步,首次想到了他的引力體系,接著便看見一顆蘋果從樹上掉下。

這些描述都可能夸大了牛頓本人自己敘述的在家(埃爾斯索普莊園)里靠窗坐著時,看見蘋果從樹上掉落的故事。

許多棵樹都被稱作是牛頓所描述的“那”棵蘋果樹。牛頓的母校國王中學(xué)表示當(dāng)年該樹是這所學(xué)校買來的,在一些年后被連根拔起運到了校長的花園中。而當(dāng)今擁有埃爾斯索普莊園所有權(quán)的國民信托的職員則認(rèn)為在他們花園中的那棵樹正是牛頓所描述的那棵。原來那棵樹的一棵后代現(xiàn)在還能在劍橋大學(xué)三一學(xué)院的大門外看見,它位于牛頓當(dāng)年居住并從事研究的屋子下面。

1983年,美國公共廣播公司播出了一集關(guān)于牛頓的蘋果的電視教育節(jié)目。

然而,據(jù)英國自然科學(xué)史學(xué)家史蒂芬.梅森所著的《自然科學(xué)史》中的研究,當(dāng)時的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、自然哲學(xué)家們都集中在向心力和萬有引力的研究上,胡克和牛頓幾乎同時推演出了萬有引力公式,牛頓和胡克還對此發(fā)生了萬有引力發(fā)明權(quán)的論戰(zhàn),當(dāng)時牛頓大病了一場,兩年后牛頓正式說明早在胡克提出萬有引力公式的幾年前,他就已經(jīng)根據(jù)開普勒行星運動定律推演出了向心力和萬有引力公式。

牛頓在萬有引力的研究方面做出了最大的貢獻,因此被人們認(rèn)為萬有引力是牛頓發(fā)現(xiàn)的,牛頓因蘋果落地發(fā)現(xiàn)萬有引力的故事也只是人們的臆測罷了,而無科學(xué)依據(jù)。

牛頓名言

法國數(shù)學(xué)家約瑟夫•拉格朗日常常說牛頓是迄今為止最偉大的天才,他還曾經(jīng)評價牛頓是“最幸運的人,因為我們無法再找到另一個世界系統(tǒng)來確立。”

有觀點認(rèn)為牛頓本人對他自己的成就非常謙遜,1676年,在他寫給羅伯特•胡克的一封信中出現(xiàn)了一句名言:“如果我比別人看得更遠,那是因為我站在巨人的肩上”。

但歷史學(xué)家們通常認(rèn)為,上述的這句名言其實是牛頓對身材矮小且駝背的胡克的攻擊,而不含有——或除此外不含有——謙遜的意味:當(dāng)時兩人正處在一場關(guān)于誰發(fā)現(xiàn)了光學(xué)的爭論中。后一個解釋也符合他其他的有爭議發(fā)現(xiàn)——譬如上文中提到的誰發(fā)現(xiàn)了微積分學(xué)的討論。而在后來的一篇關(guān)于牛頓的傳記中:“我不知道這個世界會如何看我,但對我自己而言我僅僅是一個在海邊嬉戲的頑童,為時不時發(fā)現(xiàn)一粒光滑的石子或一片可愛的貝殼而歡喜,可與此同時對我面前的偉大的真理的海洋熟視無睹。”

牛頓的主要著述

《流數(shù)法》(Method of Fluxions,1671

Of Natures Obvious Laws & Processes in Vegetation》(167175)有關(guān)煉金術(shù)未完成的作品[44]

《物體在軌道中之運動》(De Motu Corporum in Gyrum1684

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica,1687

《光學(xué)》(Opticks1704

《作為鑄幣廠主管的報告》(Reports as Master of the Mint,17011725

《廣義算術(shù)》(Arithmetica Universalis1707

《簡編年史》(Short Chronicle)、《世界之體系》(The System of the World)、《光學(xué)講稿》(Optical Lectures)、《古王國年表,修訂》(The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended)和《De mundi systemate》在他死后的1728年出版。

《兩處著名圣經(jīng)訛誤的歷史變遷》 (An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture,1754)

責(zé)編:微科普

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